On the physical realizability of quantum stochastic walks
量子漫步是一个很有前途的框架，可以用来理解和实现量子信息处理任务。量子随机游走是最近发展起来的一个框架，它通过量子系统的开放系统演化，将量子游走的概念与经典随机游走的概念结合起来。量子随机游走已经被证明在人工智能等广泛领域有应用。然而，在物理实验中可以实现的开放系统演化的种类上存在显著的限制。在这项工作中，我们讨论了允许的开放系统演化的限制，以及支撑它们的物理假设。我们表明，一般的实施将需要完整的解决方案的基础单一的动态，和复杂的油藏工程，从而削弱了实验研究的好处。
2016-03-11 quant-ph
Quantum Simulation of a Quantum Stochastic Walk
量子行走的研究已被证明在人工智能、生物过程研究和量子传输等领域有广泛的应用。量子随机行走，它允许步行者的非相干运动，因此，方向性，是对完全相干量子行走的推广。虽然量子随机游走总是可以用Lindblad形式描述，但这并不意味着它可以在Born-Markov近似下的标准弱耦合极限中微观推导出来。这限制了可以通过实验以简单的方式实现的量子随机行走的类别。为了规避这一限制，我们引入了一种技术，在一个完全相干的量子计算机上模拟开放系统的演化，使用量子轨迹风格的方法。我们将这种技术应用于广泛的一类量子随机行走，并表明它们可以用最少的实验资源进行模拟。我们的工作开辟了一条道路，走向实验实现量子随机行走在大型图与现有的量子技术。
2016-06-26 quant-ph
Quantum Simulation of a Discrete-Time Quantum Stochastic Walk
量子行走已经被证明具有广泛的应用，从人工智能到光合作用和量子运输。量子随机游动（QSW）将这个概念推广到额外的非幺正演化。在本文中，我们提出了一个基于量子力学的量子模拟协议，以有效地实现一个量子器件中的离散时间QSW族。在推导出一个2-顶点图的单边协议后，我们展示了我们的协议如何推广到一个具有任意拓扑结构和连通性的图。简单的推广导致协议简单地扩展到复杂的图形。最后，我们将展示如何模拟一个有限的类的连续时间量子阱的离散时间量子阱，以及如何这是服从我们的离散时间量子阱的模拟协议。
2020-04-13 quant-ph
Quantum magnetometry using discrete-time quantum walk
本文提出了一种基于离散时间量子游走（DTQW）的量子磁力测量方案，利用多路径干涉和受控动力学估计磁场强度，通过量子Fisher信息等统计工具评估灵敏度，实现0.1皮特斯拉级误差的磁场测量。
2024-03-26 quant-ph
Continuous-time quantum walks on planar lattices and the role of the magnetic field
我们解决的动态连续时间量子行走（CTQW）的平面二维晶格图，即那些形成一个规则的镶嵌的欧几里得平面（三角形，正方形和蜂窝晶格图）。我们首先考虑自由粒子：在正方形和三角形格子图上，我们观察到众所周知的弹道行为，而在蜂窝格子图上，我们得到一个亚弹道，虽然仍然比经典的扩散快。我们将这种差异归因于进化产生的不同数量的相干性，反过来，归因于这样一个事实，即在2D中，正方形和三角形晶格是布拉维晶格，而蜂窝晶格是非布拉维晶格。从物理的角度来看，这意味着CTQW并不是普遍的弹道扩展特征。然后，我们在一个垂直的均匀磁场的存在下解决的动力学和研究的影响，通过两种方法：（i）引入Peierls相因子，根据该自由粒子的隧穿矩阵元素变得复杂，或（ii）空间离散的无自旋带电粒子的哈密顿量的存在下的磁场。无论哪种方式，初始局部化的步行者的动力学的特征在于与自由粒子的情况相比较低的扩散，场越大，步行者保持的局部化越多。值得注意的是，通过对哈密顿量（对称规范中的矢量势）进行空间离散化来分析动力学，我们得到了空间坐标的变化是由伪振荡来表征的，伪振荡是连续统中哈密顿量后面的谐振子的回忆，其能级是众所周知的朗道能级。
2019-11-05 quant-ph
Localization for magnetic quantum walks
我们证明了一个模型的所有丢番图频率和所有非共振相位的安德森局域化，该模型产生于受外磁场的二维量子行走模型。这是第一次本地化的结果，所有丢番图频率在磁量子行走和准周期CMV设置。我们还得到了局部化本征函数的尖锐渐近性。
2022-01-15 math-ph math.FA math.MP
Shannon Entropy and Diffusion Coeffcient in Parity-Time Symmetric Quantum Walks
非厄米拓扑边态有许多有趣的性质，但到目前为止主要是在体边界对应方面进行讨论。在这里，我们建议使用大量的性质的扩散系数探测的拓扑状态，并探索其动力学。扩散系数显示独特的功能与拓扑相变驱动的宇称时间（PT）对称的非厄米离散时间量子行走，以及厄米的，尽管人工边界不是由非均匀量子行走。对于厄米特系统，当系统接近拓扑相变时，扩散系数出现转折和突变，而在平凡拓扑态下保持稳定。对于非厄米系统，除了与拓扑转变相关的特征外，PT对称破缺相的扩散系数表现出具有峰结构的突变。此外，香农熵的量子行走被发现表现出直接相关的扩散系数。数值结果为研究非厄米量子行走系统的拓扑态开辟了一条新的途径。
2022-01-24 quant-ph
Connes Distance in Discrete-Time Quantum Walks
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Inria（法国国家数字与计算机科学研究机构）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Universidad de los Andes（安第斯大学）
本研究将Connes距离公式离散化，用于离散时间量子行走，通过评估波包扩展，发现磁场抑制几何扩展，并能捕捉非均匀空间度量。
2026-09-28 quant-ph
Experimental Implementation of the Quantum Random-Walk Algorithm
量子随机行走是构造新量子算法的一种可能途径。几个研究小组对量子无规行走进行了研究，并提出了实验方案。在本文中，我们提出了量子随机游走算法的实验实现上的核磁共振量子计算机。我们观察到，量子行走是在鲜明的对比，它的经典对应。特别地，量子行走的性质强烈地依赖于量子纠缠。
2003-04-23 quant-ph
Massless Dirac particle in a stochastic magnetic field: A solvable quantum walk approximation
考虑无质量Dirac粒子沿x轴运动时，其反常磁矩与沿x轴的分段恒定磁场发生Pauli耦合，且随机变化的符号.该运动近似为带有幺正噪声的量子行走，其演化可以精确地找到。最初的弹道，运动接近一个经典的扩散的时间尺度决定的光速，磁矩的大小，磁场的强度和时间间隔之间的变化在其方向。这表明，这种类型的过程可能发生在太阳的日冕中，显着影响一个或多个中微子类型的太阳通量。
2012-08-10 hep-th quant-ph
Creating anomalous Floquet Chern insulators with magnetic quantum walks
我们提出了一个利用自旋为1/2的粒子在二维晶格中进行离散时间量子行走来构造反常Floquet Chern拓扑绝缘体的方案。通过Floquet工程量子行走协议，Aharonov-Bohm几何相位被印在晶格中的闭环路径上，从而实现了阿贝尔规范场-穿过二维电子气的磁通量的模拟。我们表明，在强场制度，当每个元格的磁通量是一个相当大的分数的磁通量量子，磁量子行走引起具有非零陈数的近平坦的能带。此外，我们发现，由于非微扰性质的周期性驱动，第二个拓扑数-所谓的RLBL不变-是必要的，以充分表征磁量子行走的异常Floquet拓扑相位和计算的拓扑保护的边缘模式的数量预计在不同的阶段之间的边界。在本文的第二部分中，我们讨论了在二维自旋相关的光晶格中使用中性原子实现该方案，该方案能够产生任意的磁场景观，包括具有尖锐边界的磁场景观。强大的原子运输，这是观察到沿边界分离区域的不同场强，揭示了拓扑性质的Floquet陈省身带。
2019-06-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Robustness of periodicity in Grover walks under a magnetic vector potential
Graduate School of Environment and Information Sciences, Yokohama National University（横滨国立大学环境与信息科学研究院）
研究磁矢势对有限图上周期性格罗弗游走的影响，通过量子图框架引入磁矢势，将其视为微扰研究周期性稳健性，依据图谱结构分析，在图有非单特征值时推导厄米矩阵，揭示微扰动力学与连续时间量子游走的关系。
2026-09-30 math-ph math.CO math.MP
Singular continuous Cantor spectrum for magnetic quantum walks
本文考虑了一个在外部磁场中二维量子行走的物理系统。在这种设置中，我们表明，无论是拓扑结构，以及它的类型敏感地依赖于磁通量$Φ$的值：而$Φ/(2π)$合理的频谱是已知的频带组成，我们表明，$Φ/(2π)$不合理的频谱是一个零措施康托集和频谱措施没有纯点的一部分。
2019-08-26 math-ph math.MP math.SP
Manipulating non-reciprocity in a two-dimensional magnetic quantum walk
本研究在光子二维量子行走中实验实现可调非互易输运，揭示非厄米趋肤效应与人工合成磁通的竞争作用，及其对Floquet拓扑边缘态动力学的影响，为高维量子系统的非互易操控提供新策略。
2022-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rotating artificial gauge magnetic and electric fields
研究了二能级原子与光场相互作用时产生的人工规范磁场和电场，这些场具有光场强度分布的空间结构.如果这个光场图案在空间中旋转，那么我们就创造了在封闭路径中传播的人工电磁场。给出并讨论了这类场的性质
2016-09-02 physics.optics quant-ph
Spectral Property of Magnetic Quantum Walk on Hypercube
本文研究超立方体上磁性量子游走模型，利用量子伯努利噪声构造磁性移位算子，证明演化算子的点谱和近似谱独立于磁势，揭示量子游走对磁场的谱稳定性。
2025-01-20 math-ph math.FA math.MP
Skyrmion Burst and Multiple Quantum Walk in Thin Ferromagnetic Films
当外加磁场超过临界磁场时，巨Skyrmion在铁磁薄膜中通过发射自旋波而坍缩到奇点。这是一个单自旋翻转（SSF）点。SSF点具有由海森堡模型控制的量子扩散动力学。我们确定了它的时间演化，并表明扩散过程是一个连续时间的量子行走。我们还分析了两个Skyrmion爆发后两个SSF点的干扰。$S=1/2$和1的量子游动是精确可解的。该系统为$S>1/2$提出了一种新型的量子行走，其中SSF点分裂为2S量子行走器。有趣的是，我们可以在磁性薄膜的任何一点上实验性地制造量子步行者，首先是通过顺序地制造Skyrmions，然后让它们同时坍缩。
2011-03-20 cond-mat.str-el quant-ph
Ultracold fermions in a cavity-induced artificial magnetic field
我们展示了如何在一个光晶格中的费米量子气体，并耦合到一个光腔场可以自组织成一个状态，其中自发出现的腔场振幅诱导一个人工磁场。费米子要么形成手征绝缘体，要么形成携带边缘电流的手征液体。通过腔场的反馈机制实现了边缘电流的鲁棒和快速切换，并且腔输出可以用于原子动力学的非破坏性测量。
2015-02-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
A fluxonium-based artificial molecule with a tunable magnetic moment
工程量子系统使我们能够观察到自然界中不容易获得的现象。超导电路的乐高性质使它们特别适合于构建和耦合人造原子。在这里，我们介绍了一个人工分子，由两个强耦合的磁通鎓原子，它具有可调的磁矩。使用施加的外部通量，可以在两种状态之间调节分子：一种是基态-激发态流形具有磁偶极矩，另一种是基态-激发态流形仅具有磁四极矩。通过改变外加磁通，我们发现分子的相干性受到局部磁通噪声的限制。工程和控制人造分子的能力为构建更复杂的保护量子位和量子模拟电路铺平了道路。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Introducing a Kondo-type interaction to the model of quantum walkers
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Quantum Computing, RIKEN（理化学研究所量子计算中心）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）；Institute for Solid State Physics, University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）；The University of Osaka（大阪大学）；Kanagawa University（神奈川大学）；Physics Department, The University of Michigan（密歇根大学物理系）；Department of Applied Physics, Hokkaido University（北海道大学应用物理系）
研究量子行走与磁性杂质的相互作用，分析单个和两个量子行走体在不同自旋相互作用下的纠缠特性及动力学行为。
2026-09-22 cond-mat.other quant-ph
Phase Random Walk Trace in High-order Coherence of Two First-order Incoherent Sources
两个相位完全独立的一阶非相干光源之间的高阶相干效应已经在文献中得到了很好的研究，它显示了不同空间点之间的位置间隔的干涉条纹。在这里，我们表明，这是不是整个故事，并发现，高阶相干效应取决于模式的相位随机游走的一阶非相干源，这可以人为控制和几何表示的矢量多边形。有趣的是，通过沿相同方向扫描探测器，使它们之间的位置间隔保持恒定，可以观察到一组高阶相干条纹，它们是一阶非相干源的相位随机游走的指纹。我们的研究结果表明，这是可能的，以控制两个一阶非相干光源的高阶相干性，这可能有重要的实际应用，如超高分辨率光学光刻。
2014-05-10 physics.optics quant-ph
Cyclotron dynamics of interacting bosons in artificial magnetic fields
我们从理论上研究了人工磁场中相互作用玻色子的量子动力学，在最近的超冷原子实验中，量子回旋轨道运动已被观察到。通过精确的数值模拟和微扰分析，我们发现相互作用在回旋运动中引起阻尼。阻尼时间单调依赖于相互作用和隧穿强度，而它对磁通量的依赖性是非单调的。足够强的强相互作用将使玻色子动态地定域，抑制回旋运动。我们预测的阻尼可以解释为相互作用引起的回旋运动的量子退相干。
2014-06-24 cond-mat.quant-gas quant-ph
Creating artificial magnetic fields for cold atoms by photon-assisted tunneling
本文提出了一种在二维光晶格中为中性原子引入人工磁场的简单装置。这种设置是基于光子辅助隧穿现象，并涉及一个低频率的周期性驱动的光晶格。这种低频驱动不影响原子的电子结构，并且可以通过用于创建晶格的相同手段容易地实现。我们还解决了检测这个有效的磁场的问题。特别是，我们研究的质心波包动力学，这是表现出一定的功能的回旋动力学的经典带电粒子。
2011-01-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Simulating Non Commutative Geometry with Quantum Walks
本研究提出新的非交换几何标识，通过磁性量子行走验证其在连续极限和纯离散区域的表现，证明量子行走可在两种区域模拟非交换几何。
2020-09-23 math-ph math.MP quant-ph
Tunable quantum switcher and router of cold atom matter waves using artificial magnetic fields
本文研究了单原子在一个只有两个梯级的两足阶梯中的输运，梯级和两足阶梯一起包围着一个人工磁通量。在这里，两条腿上的原子具有相反的现场能量，产生一种能量。我们发现，从左腿进入的原子可以通过改变其能量、跳跃强度或磁通量来实现从阻塞到透明的转变，这可能用于量子开关。此外，从左腿进入的原子也可以被完美地路由到右腿，有趣的是，R通道中的出射原子具有可以被磁通量调制的波矢量。这一结果有可能用于控制两个冷原子量子器件之间通信的接口。该方法也可推广到其它人工量子系统，如超导量子线路系统、光机械系统等。
2019-07-21 cond-mat.quant-gas quant-ph
Implementation of the quantum walk step operator in lateral quantum dots
提出了一维量子点链中电子离散量子行走的步算符的物理实现。阶跃算符的工作原理是基于局域增强塞曼分裂和量子硬币的作用是由电子的自旋发挥。我们计算了由于量子电荷波动的退相干存在下，电子的成功转移的概率，建模为玻色子浴。然后，我们分析了两种机制，分别基于本地施加的电场和磁场和倾斜的磁场创建本地增强塞曼分裂。我们的研究结果表明，在现实的实验条件下，> 90%的成功概率是可行的。
2009-03-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Persistent dynamic magnetic state in artificial honeycomb spin ice
本文发现人工坡莫合金蜂窝晶格在无外部调节剂下因自驱动磁荷缺陷弛豫呈现持续动态状态，揭示了一种具有量子粒子特征的宏观磁性粒子。
2023-04-28 cond-mat.str-el quant-ph
Simulating and detecting artificial magnetic fields in trapped atoms
一个具有非平凡相位的玻色-爱因斯坦凝聚体在被困在静止的环形光晶格中的浸没杂质原子中感应出人工磁场。我们提出了一个有效的哈密顿量的杂质的两个冷凝设置：在一个旋转的环和在一个激发的旋转状态在一个固定的环的冷凝。利用Bogoliubov理论推导出了低凝聚温度极限下的人工磁场和跳跃幅度的解析公式，其中杂质动力学是相干的。作为观测人造磁场的方法，我们讨论了飞行时间成像和质量电流测量。此外，我们比较了有效模型的分析结果，相应的两个物种的玻色-哈伯德模型的数值结果。我们还数值研究了杂质的成团性质和两种群玻色-哈伯德模型的量子混沌行为。
2010-01-21 cond-mat.other cond-mat.quant-gas quant-ph
Hidden symmetries, spin and charge of artificial magnetic monopoles
讨论了量子系统中与$n$能级能量交叉有关的非阿贝尔人工磁单极子。我们发现，隐藏的对称性以可观测的形式显示出来，如自旋、电荷和其他物理自由度。我们用两个和三个能级交叉的具体例子说明了我们的结果。我们的研究结果可用于模拟物理和生物系统中的各种现象。
2021-04-15 cond-mat.other hep-th physics.optics
Coherent control of artificial molecules using an Aharonov-Bohm magnetic flux
通过直接耦合两个量子点，在实验中实现了人工分子的成键和反键态。在两个相邻量子点之间没有直接耦合的情况下，通过改变双量子点Aharonov-Bohm（AB）干涉仪的光通量，可以实现从对称态到反对称态的连续跃迁.我们明确提出的通量依赖的分子态形成的实时过程。与具有$2π$周期的传输电流相反，DQD分子的量子态在AB通量中具有$4π$周期。
2012-04-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-induced artificial magnetic fields
研究了旋转的玻色-爱因斯坦凝聚体对被光晶格俘获的浸没杂质原子系统的影响。我们分析表明，对于一个一维的，环形的设置的耦合的杂质的Bogoliubov声子的凝聚导致一个非平凡的阶段中的杂质跳跃。该相的存在可以通过观察杂质的输运性质的漂移来测试。通过对双模玻色-哈伯德模型的数值精确模拟，定量地证实了这些结果。我们还给出了一个二维设置的发生相位项的解析表达式。该相位实现了人工磁场，并且可以例如用于使用光晶格中的原子来模拟量子霍尔效应。
2009-01-22 cond-mat.other quant-ph
Quantum walks in synthetic gauge fields with 3D integrated photonics
设计能够抗无序传输和信息处理的光子器件具有极大的兴趣。在这项工作中，我们提出了利用三维集成光子电路，以实现二维离散时间量子行走的背景合成规范场。通过在波导之间引入适当的相移来产生规范场。偏振无关的相移导致阿贝尔或磁场，我们详细描述的情况。我们发现，在无序的情况下，磁场增强运输由于存在的拓扑保护的手征边缘状态，不本地化。极化相关的相移导致有效的非阿贝尔规范场，可以用来实现自旋轨道耦合的类Rashba量子行走。我们的工作为在合成规范场存在下的多粒子量子行走的实验研究引入了一个灵活的平台，这为光子多体态的拓扑鲁棒传输铺平了道路。
2016-03-10 cond-mat.str-el quant-ph
Tunable Aharonov-Bohm-like cages for quantum walks
Aharonov-Bohm笼对应于二维紧束缚电子在横向磁场中的极端约束。当每个元胞的无量纲磁通量$f$等于临界值$f_c=1/2$时，相消干涉禁止粒子扩散离开小团簇。相应的能级夹成一组高度简并的离散能级，如$f\to f_c$。我们在这里表明，笼子也发生离散时间量子行走的钻石链或$\mathcal{T}_3$平铺，但需要特定的硬币运营商。相应的准能量与$f$的关系导致Floquet-Hofstadter蝶形在临界通量$f_c$附近显示出箍缩，并且可以从1/2调谐。也可以设计相关笼的空间延伸。
2020-07-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of Giant Orbital Magnetic Moments and Paramagnetic Shift in Artificial Relativistic Atoms and Molecules
该研究用扫描隧道显微镜构建石墨烯单量子点和耦合量子点作为人工相对论性原子与分子，观测到巨轨道塞曼劈裂、轨道磁矩、阿哈罗诺夫-玻姆振荡和强范弗莱克顺磁位移，为新型磁场传感提供基础。
2022-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Ultrasensitive magnetic field detection using a single artificial atom
磁场的有效检测是许多研究领域的核心，并且具有从材料科学到地磁学的重要实际应用。高灵敏度探测器通常使用直流超导量子干涉装置（DC-SQUID）或原子系统构建。在这里，我们使用单个人工原子来实现具有微米范围的尺寸的磁敏磁力计。人造原子是一个低温超导二能级系统，以类似于原子磁力测量的方式运行。这种高灵敏度是由于量子相干性和对磁场的强耦合。通过采用投影测量，我们获得了$2.7\, \t{pT}/\sqrt{\t{Hz}}$在10 MHz的灵敏度。我们讨论可行的改进，将增加灵敏度超过一个数量级。这种方法的固有灵敏度在100 kHz - 10 MHz的范围内的交流领域相比，毫不逊色的DC-SQUID和原子磁力计的等效空间分辨率。这一结果说明了人工量子系统在灵敏检测和相关应用方面的潜力。
2013-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Emulating topological chiral magnetic effects in artificial Weyl semimetals
我们实现了高度可调谐的外尔半金属带，并随后模拟了超导量子线路中的拓扑手征磁效应。我们用精心设计的微波场驱动超导量子线路，将晶格的动量空间映射到参数空间，实现了外尔半金属的哈密顿量。通过测量能谱，我们直接将立方晶格的Weyl点成像，并由Berry曲率测量进一步确定其拓扑缠绕数。特别是，我们使用了一个额外的微波场，以产生一个动量依赖的化学势，从中提取的手性磁拓扑电流的存在下，一个人工磁场。这种纯拓扑电流与磁场成正比，这与著名的安培定律相反，并且可能对拓扑材料和量子器件产生重大影响。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Quantum Mechanics with a Momentum-Space Artificial Magnetic Field
Berry曲率是描述单粒子量子动力学的有效哈密顿量中作为动量空间磁场的能带的几何性质。我们展示了如何利用这种观点来研究与超冷气体和光子学直接相关的系统。考虑到动量和位置的交换作用，我们证明了动量空间的全局拓扑是至关重要的。我们提出了一个实验来研究哈伯-霍夫施塔特哈密顿与谐波陷阱，这将说明这种方法的优点，也将构成第一次实现磁性的环面。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Controlled creation of three-dimensional vortex structures in Bose--Einstein condensates using artificial magnetic fields
原子玻色-爱因斯坦凝聚体中的量子化涡旋激发物理近年来得到了广泛的研究。虽然简单的涡旋线在实验中相对容易产生、控制和测量，但对涡旋环结构的产生和控制却困难得多。本文提出并探索了一种产生和控制超流涡旋环、涡旋环晶格、涡旋环晶格、涡旋环结构和涡旋环结构的方法，并对涡旋环结构的量子化涡旋激发进行了研究。和其他三维涡旋结构的环形捕获超流体玻色-爱因斯坦凝聚体通过使用人工磁场产生的光学振荡器。纤维的存在也需要一个多-连接的几何形状，我们表明，在这种情况下，这些旋涡结构的存在下，可以推导出从激发剪刀模式的凝聚。
2019-10-06 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn quant-ph
